【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第4章第3節(jié)光譜與氫原子光譜課件

第4章第3節(jié)光譜與氫原子光譜課標(biāo)要求1.知道什么是光譜,掌握連續(xù)光譜和線狀光譜的區(qū)別。(物理觀念)2.知道氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(物理觀念)3.知道什么是光譜分析。(物理觀念)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、不同的光譜1.定義:當(dāng)復(fù)色光經(jīng)過(guò)棱鏡或

后,被色散開(kāi)的單色光按

大小依次排列的圖案,稱為光譜。

2.分類(1)連續(xù)光譜:包含有各種色光且連續(xù)分布的光譜。(2)線狀光譜:光譜是一條條的

。

3.特征譜線:原子的發(fā)射光譜都是

,這些亮線稱為原子的

。

4.光譜分析:每種原子都有獨(dú)自的特征譜線,人們利用特征譜線來(lái)鑒別物質(zhì)或確定物質(zhì)的化學(xué)組成,這種方法稱為光譜分析。光柵

波長(zhǎng)(或頻率)亮線線狀光譜特征譜線二、氫原子光譜1.不同物質(zhì)的稀薄氣體發(fā)出光的顏色不同,對(duì)這些可見(jiàn)光的光譜進(jìn)行分析,其特征譜線不同。2.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律滿足式中R稱為

常量。

里德伯想一想巴耳末公式以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜,即輻射波長(zhǎng)的分立性。用盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)的理論,是否能夠解釋這種分立性?提示

不能。盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型正確地指出了原子核的存在,很好地解釋了α粒子的散射實(shí)驗(yàn)。但經(jīng)典理論無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的不連續(xù)性。具體分析如下:據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典力學(xué)理論、電磁理論知,核外電子繞原子核旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng),而變化的電磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)電磁波,電磁波向外傳播輻射,電子失去能量最后會(huì)墜入原子核,輻射能量(電磁波)的頻率等于繞核旋轉(zhuǎn)的頻率,電子繞核旋轉(zhuǎn)過(guò)程隨著能量的減小,轉(zhuǎn)得越來(lái)越快,這個(gè)變化是連續(xù)的,輻射各種頻率(波長(zhǎng))的光,原子光譜應(yīng)是連續(xù)的,所以不能解釋這種分立性。易錯(cuò)辨析

判一判(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜。(

)(2)各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜,并且只能發(fā)出幾種特定頻率的光。(

)(3)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來(lái)鑒別物質(zhì)。(

)(4)可以利用光譜分析來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。(

)(5)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。(

)提示

各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜,不是連續(xù)譜。

提示

連續(xù)譜不能鑒別物質(zhì)。

提示

巴耳末公式中的n只能取整數(shù)。

×√×√×即學(xué)即用

練一練對(duì)原子光譜,下列說(shuō)法正確的是(

)A.原子光譜是連續(xù)的B.由于原子都是由原子核和電子組成的,所以各種原子的原子光譜是相同的C.各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同,但各種原子的原子光譜可能是相同的D.分析物質(zhì)發(fā)光的光譜,可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素D解析

原子光譜為線狀譜,A錯(cuò)誤;各種原子都有自己的特征譜線,故B、C錯(cuò)誤;據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成,D正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一光譜情境探究早在17世紀(jì)時(shí),牛頓就發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后的色散現(xiàn)象,并把實(shí)驗(yàn)中得到的彩色光帶叫作光譜。1814年,德國(guó)物理學(xué)家夫瑯禾費(fèi)對(duì)太陽(yáng)光譜進(jìn)行了細(xì)心的檢驗(yàn),并編繪了太陽(yáng)光譜圖。該光譜圖內(nèi)有多條黑線,夫瑯禾費(fèi)對(duì)其中8條重要的黑線做了標(biāo)識(shí)。這些黑線后來(lái)就成為比較不同玻璃材料折射率的標(biāo)準(zhǔn),并為光譜精確測(cè)量提供了基礎(chǔ)。此后,許多科學(xué)家對(duì)光譜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,認(rèn)識(shí)到光譜與物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān),從而促進(jìn)了光譜分析技術(shù)的應(yīng)用。請(qǐng)你結(jié)合對(duì)光譜的認(rèn)識(shí),談一談在日常生活中光譜的應(yīng)用。

要點(diǎn)提示

光譜分析可以檢測(cè)半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是達(dá)到高純度要求;光譜分析可以幫助人們發(fā)現(xiàn)新元素;光譜分析可以鑒定食品的優(yōu)劣;光譜分析可以鑒定文物等。知識(shí)歸納1.光譜的分類

2.幾種光譜的比較

比較項(xiàng)產(chǎn)生條件光譜形式及應(yīng)用發(fā)射光譜線狀譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜由一些不連續(xù)的明線組成,不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜),可用于光譜分析連續(xù)譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布,一切波長(zhǎng)的光都有吸收光譜熾熱物體發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的氣體后,再色散形成的用分光鏡觀察時(shí),見(jiàn)到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對(duì)應(yīng)),可用于光譜分析3.太陽(yáng)光譜(1)太陽(yáng)光譜的特點(diǎn):在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線,是一種吸收光譜。(2)對(duì)太陽(yáng)光譜的解釋:陽(yáng)光中含有各種顏色的光,但當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí),太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光,然后再向四面八方發(fā)射出去,到達(dá)地球的這些譜線看起來(lái)就暗了,這就形成了明亮背景下的暗線。4.光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,分析物質(zhì)的最低含量達(dá)10-10g。(2)應(yīng)用:a.發(fā)現(xiàn)新元素;b.鑒別物質(zhì)的組成成分。(3)用于光譜分析的光譜:線狀譜和吸收光譜。應(yīng)用體驗(yàn)典例1

(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法正確的是(

)A.太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B.霓虹燈產(chǎn)生的光譜是線狀譜C.進(jìn)行光譜分析時(shí),可以用線狀譜,不能用連續(xù)光譜D.我們能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分BC解析

太陽(yáng)光譜中的暗線是太陽(yáng)發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜,正是太陽(yáng)發(fā)出的光譜被太陽(yáng)大氣層中存在的對(duì)應(yīng)元素吸收所致,白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;月球本身不會(huì)發(fā)光,靠反射太陽(yáng)光才能使我們看到它,所以不能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;光譜分析只能是線狀譜和吸收光譜,連續(xù)譜是不能用來(lái)進(jìn)行光譜分析的,所以選項(xiàng)C正確;霓虹燈產(chǎn)生的光譜是線狀譜,選項(xiàng)B正確。針對(duì)訓(xùn)練1利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,關(guān)于光譜分析,下列說(shuō)法正確的是(

)A.利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分B.利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分C.高溫物體發(fā)出的光通過(guò)某物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D.同一種物質(zhì)的線狀譜上的亮線與吸收光譜上的暗線,由于光譜的不同,它們沒(méi)有關(guān)系B解析

高溫物體的光譜包括了各種頻率的光,與其組成成分無(wú)關(guān),故A錯(cuò)誤;某種物質(zhì)發(fā)射的線狀譜中的亮線與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關(guān),通過(guò)這些亮線與原子的特征譜線對(duì)照,即可確定物質(zhì)的組成成分,B正確;高溫物體發(fā)出的光通過(guò)某物質(zhì)后某些頻率的光被吸收而形成暗線,這些暗線由所經(jīng)過(guò)的物質(zhì)決定,C錯(cuò)誤;某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光,當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)它也會(huì)吸收這種頻率的光,因此同一物質(zhì)線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對(duì)應(yīng),D錯(cuò)誤。探究二氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律情境探究如圖所示為某氫原子的光譜。

(1)仔細(xì)觀察,氫原子光譜具有什么特點(diǎn)?(2)閱讀課本,指出氫原子光譜的譜線波長(zhǎng)具有什么規(guī)律?要點(diǎn)提示

(1)從右至左,相鄰譜線間的距離越來(lái)越小。

知識(shí)歸納1.氫原子光譜的特點(diǎn):在氫原子光譜圖中的可見(jiàn)光區(qū)內(nèi),由右向左,相鄰譜線間的距離越來(lái)越小,表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。2.巴耳末公式(n=3,4,5,…)。該公式稱為巴耳末公式。式中R叫作里德伯常量,實(shí)驗(yàn)值約為R=1.10×107m-1。(2)巴耳末公式說(shuō)明氫原子光譜的波長(zhǎng)只能取分立值,不能取連續(xù)值。巴耳末公式以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜,即輻射波長(zhǎng)的分立特征。3.其他譜線:除了巴耳末系,氫原子光譜在紅外光區(qū)和紫外光區(qū)的其他譜線,也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。應(yīng)用體驗(yàn)(n=3,4,5,…),對(duì)此,下列說(shuō)法正確的是(

)A.巴耳末依據(jù)原子核式結(jié)構(gòu)模型總結(jié)出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C.巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D.巴耳末公式準(zhǔn)確反映了氫原子發(fā)光的所有情況,其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的C解析

巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個(gè)線系波長(zhǎng),不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長(zhǎng),也不能描述其他原子發(fā)出的光,故B、D錯(cuò)誤;巴耳末公式是由當(dāng)時(shí)已知的可見(jiàn)光中的部分譜線總結(jié)出來(lái)的,但它適用于整個(gè)巴耳末系,故A錯(cuò)誤,C正確。針對(duì)訓(xùn)練2氫原子光譜巴耳末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為(

)A學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1231.下列說(shuō)法正確的是(

)A.巴耳末公式所計(jì)算得出的波長(zhǎng)與氫原子光譜中的波長(zhǎng)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系B.根據(jù)巴耳末公式不僅可以分析氫原子光譜,也可以分析其他原子的發(fā)光光譜C.由巴耳末公式得到的波長(zhǎng)都在可見(jiàn)光波段D.氫原子光譜中有紅外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)和紫外光區(qū)D123解析

巴耳末公式只能描述氫原子光譜中的一個(gè)線系,不能確定氫原子光譜中所有譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng),A錯(cuò)誤;根據(jù)巴耳末公式只能分析氫原子光譜,不能分析其他原子的發(fā)光光譜,B錯(cuò)誤;巴耳末線系包括可見(jiàn)光區(qū)和部分紫外光區(qū),C錯(cuò)誤;氫原子光譜中有可見(jiàn)光區(qū)、紅外光區(qū)和紫外光區(qū),D正確。1232.(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析,正確的是(

)A.光譜包括發(fā)射光譜、連續(xù)譜、線狀譜、原子光譜、吸收光譜五種光譜B.往酒精燈的火焰上撒精鹽,可以用分光鏡觀察到鈉的線狀譜C.利用太陽(yáng)光譜可以分析太陽(yáng)的化學(xué)組成D.各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜BD123解析

光譜包括發(fā)射光譜和吸收光譜兩種,其中發(fā)射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜,線狀譜和吸收光譜都能體現(xiàn)不同原子的特征,稱為原子光譜,各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,D正確;往酒精燈的火焰上撒精鹽,可以用分光鏡觀察到鈉的線狀譜,選項(xiàng)B正確;太陽(yáng)光譜是吸收光譜,其中的暗線,是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光被吸收后而產(chǎn)生的,說(shuō)明太陽(yáng)大氣層中存在與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素,但是不能分析太陽(yáng)的化學(xué)組成,故C錯(cuò)誤。1233.(多選)關(guān)于光譜,下列說(shuō)法正確的是(

)A.熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜B.明線光譜和暗線光譜都可以用來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析C.太陽(yáng)光譜中的暗線,說(shuō)明太陽(yáng)中缺少與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素